IBK Fachtagung Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel Lindau, 13. November 2013 Dr. Holger Flaig
Auswirkungen des Temperaturanstiegs Phänologie: Winterweizen, mittlerer Beginn Ährenschieben Holz et al. 2012, Uni Hohenheim Datengrundlage: DWD
Apfelblüte in Baden-Württemberg (Phänologie) Holz et al. 2010, Uni Hohenheim Datengrundlage: DWD
Herausforderung Temperaturanstieg Temperaturabhängigkeit der Photosynthese
Temperaturanstieg Vorteile und Nachteile Konkurrenzverschiebung zu wärmeliebenden Kulturen: Mais, Soja, Hirsen Getreide, Raps, Grünland, Zuckerrüben? Chance für neue Arten/Sorten auch bei Obst, Gemüse, Wein. Verlängerung der Vegetationsperiode mehr Ertrag möglich; ggf. zwei Nutzungen pro Vegetationsperiode (Wasser? Pflanzenschutz?) Bei Getreide Verkürzung der Wachstumsdauer, dadurch Verkürzung der Kornfüllungsphase weniger Ertrag, insb. bei zusätzlichem Trockenstress (z. B. Oberrhein) Sehr hohe Temperaturen: Störungen der Blütenentfaltung, der Befruchtung und der Ausfärbung (Getreide, Mais, Tomaten, Zierpflanzen) Ertrags- und Qualitätsprobleme bei Getreide, Obst, Gemüse und Wein.
Auswirkungen auf den Weinbau: Huglin-Index Müller-Thurgau 1500-1600 Grauburgunder 1600-1700 Riesling, Silvaner 1700-1800 Cab.-S., Merlot 1900-2000 Syrah, Grenache 2100-2200 Ensemble-Auswertung regionaler Klimamodelle für Baden-Württemberg: Quelle: LUBW/Hydron 2013
Ensemble-Auswertung regionaler Klimamodelle für Baden-Württemberg: Datum letzter Frost Istwert Beobachtung: 114 Tage n. J. Istwert Modellierung: 99 Tage n. J. Quelle: LUBW/Hydron 2013
Beginn Blüte vs. Letzter Frost das Rennen Sorten Boskoop, Roter Boskoop, Cox Orange im Alten Land, 1976-2005 Henniges et al., DWD 2007
Auswirkungen des Temperaturanstiegs: Getreideerträge Ertragsdaten der Kreise Stuttgart, Karlsruhe, Konstanz nach Angaben des Statistischen Landesamtes; Klimadaten DWD Quelle: Franzaring et al. 2007
Herausforderung Hitze Auswertung regionaler Klimamodelle für Baden-Württemberg: Tropentage Istwert Beobachtung: 3,8 d Istwert Modellierung: 3,6 d Quelle: LUBW/Hydron 2013
Kornzahl pro Ähre (Winterweizen) und max. Temperatur Erhöhte CO 2 -Konz. Normale CO 2 -Konz. Maximaltemperatur [ C] maximale halbstündige Temperatur in den letzten 5 Tagen vor der Anthese Quelle: Wheeler et al., J. Agric. Sci. 127, 37-48, 1996
Herausforderung Niederschläge Temperatur und Wasser die Interaktion entscheidet p50 Ist Der Sättigungsdampfdruck der Luft nimmt mit der Temperatur nicht linear, sondern exponentiell zu. Klimatische Wasserbilanz Summe Mai-September mm Daten: LUBW/Hydron, Graphik: LTZ
Klimatische Wasserbilanz Summe Mai-September p50 Ist p50 nah p50 fern p15 fern mm Daten: LUBW/Hydron, Graphik: LTZ
Die Anzahl der Blitze pro Monat nimmt mit der Monatsmitteltemperatur zu. Gewitter und Hagel Quelle: KIT (CEDIM)
Herausforderung CO 2 -Konzentration Netto-Photosyntheserate [µmol -2 s -1 ] Transpiration [mmol m -2 s -1 ] Photonenflussdichte [µmol m -2 s -1 ] Sommerweizenblatt: Nettophotosyntheserate Biomassebildung & Erträge Nutzungseffizienz von mehr CO 2, Wasser, Licht und Stickstoff mehr Photo- Schonung Bodenwasservorrat! synthese mehr CO 2, weniger Wasserverlust Quelle: S. Burkart (Thünen-Institut) 2007, unveröffentlicht Aber: Mehr C im Vergleich zu N, (evtl. Nitrataufnahme gestört); daher geringere Stickstoff- und Proteingehalte, auch im Korn. Qualitätsprobleme zumindest bei Brotgetreide Qualitätsvorteil bei Braugerste und Gemüse?
Temperaturabweichung 2003 vom langjährigen Mittel Juni 2003 August 2003
Klimatische Wasserbilanz 2003 vs. 1961-90 Juni 2003 Juni 1961-90 (Mittel) Deutscher Wetterdienst
Bodenfeuchte (nfk) 2003 im zeitlichen Vergleich Bodenfeuchte (% nfk), 1962-2003, Sandboden, Mais. Zeitraum: 1.Juli-31. August, Mittel über alle Bundesländer. Quelle: DWD, Löpmeier 2004
2003 ein Modelljahr für die Zukunft? Ertragsreaktionen Hitze-/Trockenjahr 2003 im Vergleich zum Normaljahr 2002 Kultur B-W Karlsruhe Bodenseekreis Heidenheim Winterweizen - 13% - 15% - 15% - 6% Wintergerste - 12% -12% - 9% - 7% Sommergerste + 2% - 8% - 2% + 9% Winterraps - 17% - 16% - 23% - 14% Silomais - 14% - 22% - 6% - 14% Zuckerrüben - 28% - 26% - 17% - 11% Kartoffeln - 21% -19% - 18% - 7% Warme Regionen hatten höhere Ertragsrückgänge zu verkraften. Mais benötigt Wasser, um sein Ertragspotential zu entfalten. Erträge etwa auf dem Niveau der 1980er Jahre.
Konsequenzen für die Produktionstechnik; Pflanzenbau Fruchtfolge Zuckerrüben, Raps, Kartoffeln, Getreide, Grünland Ausbreitung Richtung Norden oder Höhenlagen? + wärmeliebende Arten: Mais, Sonnenblumen, Soja, Sorghum... + wassereffiziente Kulturarten: Mais, Hirse + Anbau von Winterformen, die die Winterfeuchte nutzen (auch Winterhafer, -erbsen, -ackerbohnen) und das Erosionsrisiko mindern + Zwischenfrüchte: Bodenbedeckung, Humusversorgung, Stickstoffbindung wegen möglichem Wassermangel (Sommer) + mehrgliedrige Fruchtfolge (4 5 FF-Glieder) zur Risikominderung!
Konsequenzen für die Produktionstechnik; Pflanzenbau Sortenwahl - Risikominderung durch Anbau verschiedener Sorten - Anbau von Weizen- und Rapssorten, die schnell abreifen und somit der Hitze im Sommer entkommen. In höheren Lagen evtl. spätere Sorten. - Bei Mais kommen spät abreifende Sorten mit einem höheren Ertragspotenzial in Betracht. Nicht zu spät Trocknungskosten, Fusarien. - Gewünschte Sorteneigenschaften: hohe Klimatoleranz hitze- bzw. trockenstresstolerant (Wurzelentwicklung), hohes Ertragspotenzial zur Nutzung des CO 2 Effektes, beste Resistenzeigenschaften gegen Krankheiten, Schädlinge und Ozonkonzentrationen. Aussaat (-menge, -zeit) - weniger für eine ausreichende Entwicklung der Einzelpflanze - nicht zu früh bei Winterungen (Vorwinterentwicklung begrenzen), bei Sommerungen eher früher (Winterfeuchte nutzen)
Konsequenzen für die Produktionstechnik; Pflanzenbau Düngung Anpassung der Düngebedarfsberechnung an veränderte Bedingungen des Nährstoffbedarfs (Ertragserwartung, Qualität, frühere Abreife) und Nährstoff-Freisetzung (Mineralisierungsbedingungen). Aufnahme vs. Auswaschung: Engere Kopplung an Bodenfeuchte? Zeitpunkt? Stabilisierte N-Dünger: Nitrifikationshemmer? Platzierte Düngung von Phosphat und Stickstoff: CULTAN? Ausgewogene Versorgung mit N, aber auch Kalium (Wasserhaushalt), Phosphat und Mangan (Wurzelentwicklung) N-Düngung bei Weizen: 3. Gabe? emissionsarme Ausbringung von Wirtschaftsdünger
Bodenbearbeitung konservierende Verfahren: mindern Bodenerosion schonen Bodenwasser schonen Bodenleben aber: Anpassung des Bewirtschaftungssystems (Fruchtfolge, Pflanzenschutz) Befahrbarkeit der Böden im Herbst und Frühjahr? Frostgare? l/m² kg/m² Beregnungsversuch Odenheim (Juli 1994; unveröff.); Federführung: Uni Hohenheim Mulchsaat bei Mais Photo: Mayer, AELF Ansbach
Beregnung und Bewässerung Zunahme der Flächen mit Beregnung bzw. Bewässerung zur Ertrags- und Qualitätssicherung wahrscheinlich, insbesondere bei Sonderkulturen. Falls Wasser mit vertretbarem Aufwand zur Verfügung steht, könnte sich je nach Erzeugerpreisen die Beregnung häufiger rechnen. Maisbestände am 31.07.2006 in Rheinstetten-Forchheim Extensiv beregnet (ab 30 % nfk) Nicht beregnet Optimal beregnet (ab 50 % nfk)
Wirkung von Bewässerungsmaßnahmen auf die Bestandestemperatur Zuckerrübenbestand August 2003, links: beregnet rechts: unberegnet Temperaturprofil (Infrarot) Quelle: DWD, Zentrum für agrarmeteorologische Forschung, Braunschweig
Herausforderungen für den Pflanzenschutz Unkräuter Schadinsekten: höhere Überlebensraten im Winter lieben Wärme zusätzliche Generationen Ausbreitung nach Norden, Zuwanderung Viruserkrankungen (Insekten als Vektoren!) abiotische Schäden (Strahlung, Hagel, Starkniederschläge...) Pilzkrankheiten abhängig von der Witterung (feucht/trocken) Wirkung von Pflanzenschutzmitteln wird unsicherer Anpassungsmaßnahmen: pflanzenbaulich, Monitoring, Prognose, Diagnose, Bekämpfung Maiszünsler Maiswurzelbohrer Photo: Schrameyer Schnellkäfer A. sordidus Weizenverzwergungsvirus Vektor: Zikade
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